Was ist ein MPP-Tracker (Maximum Power Point Tracker)?

Kai Janßen
August 13, 2021
Kategorie: Wechselrichter

Ein MPP-Tracker (auch MPPT genannt) stellt sicher, dass in der Solaranlage möglichst lange Bedingungen nahe der Maximalleistung herrschen. Der MPP-Tracker ist dabei zumeist in den Wechselrichter der Solaranlage integriert. 

Unter dem MPP (Maximum Power Point) versteht man den Punkt, an dem die Leistung einer Solaranlage maximal ist. Da die Leistung dem Produkt der Stromstärke multipliziert mit der Spannung entspricht, ist der MPP dann erreicht, wenn dieses Produkt maximal ist. 

Aufgaben des MPP-Trackers

In einer Solarzelle steigt die Stromstärke mit zunehmendem Lichteinfall an. Allerdings erhitzt sich die Zelle dabei ebenfalls. Mit steigender Temperatur nimmt zeitgleich die Spannung in der Solarzelle ab. Da sich sowohl die Stromstärke als auch die Stromspannung somit laufend ändern, variiert damit einhergehend auch der MPP.

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Der MPP-Tracker muss somit durchgehend über eine Variation des Leistungswiderstandes diese beiden Parameter in der Solarzelle anpassen. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Solarzelle eine möglichst lange Zeit am beziehungsweise nahe des Maximum Power Points betrieben wird. Hierdurch kann der Wirkungsgrad der Photovoltaikanlage bestmöglich ausgeschöpft werden.

Integration im Wechselrichter und Laderegler

Wird eine Solaranlage im Inselmodus, also ohne Anschluss an das Stromnetz, betrieben, übernimmt zumeist der Laderegler das MPP-Tracking.

Bei netzgekoppelten Photovoltaikanlagen hingegen erfolgt das MPP-Tracking im Wechselrichter mittels eines Microcontrollers. Dieser überprüft fortlaufend die Stromparameter in den Solarzellen und reguliert den Leistungswiderstand entsprechend. Ziel ist es, dass die Solarzelle so lange wie möglich nahe am MPP betrieben wird.

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Funktionsweise eines MPP-Trackers

Wechselrichter verfügen über ein Stellglied, die sogenannte „Pulsweitenmodulation“. Dieses Bauteil schaltet den Wechselrichter mittels eines Microcontrollers ein- beziehungsweise aus. So wird die Eingangsspannung aufseiten der Photovoltaikanlage und die Ausgangsspannung auf der Netzseite eingestellt.

Steigt der Sollwert an, bleibt der Wechselrichter länger eingeschaltet. Fällt der Sollwert hingegen ab, wird der Wechselrichter länger ausgeschaltet. Sofern ein Anstieg der Leistung durch diese Anpassung verzeichnet wird, wird diese fortgesetzt. Sinkt die Leistung hingegen ab, erfolgt die Regulierung in entgegengesetzter Richtung.

Welche Verfahren gibt es beim MPPT?

Spannungserhöhungs-Verfahren: Das einfachste Verfahren für das MPP-Tracking stellt das Spannungserhöhungs-Verfahren dar. Dabei wird die Spannung in der Solarzelle so lange erhöht, bis die Leistung maximal ist und der MPP erreicht wurde. 

Bei einer weiteren Erhöhung der Spannung fällt die Leistung wieder ab. Dann startet der MPPT die Suche nach dem MPP in der anderen Richtung und verringert die Spannung. Das Spannungserhöhungs-Verfahren eignet sich besonders gut, um auf variable Einstrahlungsbedingungen zu reagieren.

Schattenmanagement: Zusätzlich kann die Anpassung an sich ändernde Lichtverhältnisse auch durch das sogenannte „Schattenmanagement“ optimiert werden. Hierbei wird alle 5 bis 10 Minuten die Kennlinie des Generators überprüft, um den MPP zu finden. In modernen Solaranlagen ist diese Funktion bereits integriert. Bei älteren Modellen kann das Schattenmanagement relativ einfach nachgerüstet werden.

Verfahren der Lastsprünge: Beim Verfahren der Lastsprünge hingegen wird die Änderung der Belastung der Solarzelle in kleinen Schritten gemessen. Dabei wird die abgegebene Leistung gemessen. Solange die Leistung steigt, wird dies aufrechterhalten. Wenn die Leistung hingegen sinkt, wird die Messung in die andere Richtung durchgeführt. Dieser Vorgang wird ebenfalls so lange durchgeführt, wie eine Steigung der Leistung zu verzeichnen ist. Mithilfe dieses Verfahrens wird der MPP allerdings zumeist nicht exakt erreicht. Vielmehr findet eine Schwankung rund um den MPP statt.

Allgemein ist es als positiver einzuschätzen, einen etwas langsameren MPP-Tracker zu verwenden, wenn dieser im Gegenzug eine genauere Justierung ermöglicht. Dies ist darauf zurückzuführen, dass sich die Lichtverhältnisse in einer Anlage bezogen auf ihre Lebensdauer nur sehr selten ändern. Deshalb kann eine Erhöhung des Wirkungsgrades erzielt werden, wenn die MPP-Anpassung möglichst exakt durchgeführt wird. Eine leichte Verzögerung spielt hingegen kaum eine Rolle in der Praxis.

Grenzen eines MPP-Trackers

Ein MPPT kann nur jeweils einen MPP einstellen. Dies bedeutet, dass alle Solarzellen, die mit diesem Tracker verbunden sind, gleichbehandelt werden. Treten bei einer Solaranlage häufig Teilverschattungen auf, lohnt es sich zumeist, keinen zentralen MPP-Tracker zu verwenden. Besser ist es dann, die einzelnen Module mit einem Modulwechselrichter einzeln beziehungsweise in einzelnen Strängen mit einem Strangwechselrichter anzusteuern.

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